抓拍脑细胞工作照显微镜高速记录大脑神经元

研究团队在不同动物样品上测试了共聚焦光场显微镜的成像能力。首先，团队成员对包埋的活体斑马鱼幼鱼进行全脑钙成像，对比共聚焦和传统光场显微镜的成像结果，发现加入光学切片能力后，图像分辨率和信号噪声比显著提高，可以检测到更多较弱的钙活动。进一步的，将共聚焦光场显微镜和高速三维追踪系统结合，对自由行为的斑马鱼幼鱼进行全脑钙成像，在?μmxμm的体积内达到了2x2x2.5μm3的空间分辨率和6Hz的时间分辨率。受益于更高的分辨率和灵敏度，可以识别出斑马鱼幼鱼在捕食草履虫过程中单个神经元的钙离子活动的变化。

图2（左）斑马鱼幼鱼捕食行为的一个例子。0s为斑马鱼吞食草履虫的时刻。（右）左图斑马鱼捕食行为中，共聚焦光场显微镜记录到的两个不同脑区的神经元活动。箭头所指为过程中激活的单个神经元。

进而，团队成员验证了共聚焦光场显微镜对小鼠大脑的成像效果，对清醒小鼠的视皮层进行钙成像，可以同时记录?μmxμm的体积内近千个神经元的活动，最深可达约μm，并且连续5小时以上稳定记录超过10万帧，没有明显的光漂白。团队成员进一步尝试使用共聚焦光场显微镜对鼠脑中的血细胞进行成像，深度可达μm，拍摄速度70Hz，同时记录上千根血管分支中群体血细胞的流动情况并计算血细胞的速度，相比之前的传统成像方法通量提高了百余倍。

图3（左）共聚焦光场显微镜拍摄得到的小鼠视皮层中的复杂血管网络。6个在不同深度拍摄的体积连接为一个深度达μm的三维结构。（中）μm到μm深度血管网络的平面投影，颜色代表不同血管分支中血细胞的平均流速。（右）图中箭头所指的区域中五个血管分支在一段时间内流过血细胞数量的计数。

研究团队在自由行为的斑马鱼幼鱼和小鼠大脑上证明了共聚焦光场显微镜有更高的分辨率和灵敏度，这为研究大范围神经网络和血管网络的功能提供了新的工具。同时，该技术不仅适用脑组织的成像，还可以根据所需成像的样品种类灵活调整分辨率、成像范围和速度，应用在其他厚组织的快速动态成像中。

该研究在王凯研究员的指导下，主要由博士研究生张朕坤、白璐和助理研究员丛林共同完成，王凯研究组余鹏、张田蕾、中科大本科生石万卓、杜久林研究组李福宁也做出了重要贡献，杜久林研究员参与合作并给予指导意见。该研究得到了中科院脑智卓越中心实验动物平台的大力支持。研究获得了来自中国科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会和上海市的项目资助。新型光场显微镜高速记录大脑神经元活动和血流的快速动态变化

（原题为：《新型光场显微镜高速记录大脑神经元活动和血流的快速动态变化》）

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